In the midst of the green energy transition, the need for flexible grid solutions is growing. One of the most desired and suitable flexible solutions are Battery Energy Storage Systems (BESS), in both stationary and mobile applications. The faster response times and flexible service capability of the BESS enables the introduction of variable renewable energy sources, along with replacing the needs for traditionally fossil fuel-powered temporary applications. To take full advantage of BESS and its flexibility, the unit requires integration into the modern interconnected smart grid, where control and monitoring are of great importance to manage and optimize assets within the smart grid. To ease the control and monitoring aspects, both manufacturers and users must cooperate to understand the common needs and best practices to find a suitable middle ground. Therefore, an interoperable and readily used communication interface shall be agreed upon. Although several attempts at reaching such middle ground have been made over the years, few have gained traction outside of specific use cases. Thus leaving many redundant and complicated proprietary communication solutions, requiring heavy integration work for the manufacturer and user side. This thesis project, carried out at Northvolt Systems, aims to analyze the existing and readily used communication interfaces for a specific set of mobile BESS applications. The analysis is performed by a literature review of typical mobile BESS applications with the identified corresponding communication interfaces. Among the identified interfaces is the IEC 61850 standard, which shows suitability in smart grid applications, enabling interoperability, vendor-independence, and standardization. To provide a real-life analysis of the IEC 61850 benefits and applicability to mobile BESS, an integration of the standard to a Northvolt mobile BESS was performed. The results of the analysis and integration work show that the interoperability, vendor-independence, and standardization enabled from the IEC 61850 standard give large benefits for mobile BESS use cases. Furthermore, gaps in the suitability of the standard were identified. Providing clear suggestions on future work and expansion of the standard to better accommodate the mobile use cases. / I den gröna energiomställningen växer behovet av flexibla nätlösningar. En av de mest önskade och lämpliga flexibla lösningarna är användningen av Batterienergilagring (BESS), i både stationära och mobila applikationer. Genom de snabbare svarstiderna och flexibla användningsförmågarna möjliggör BESS integreringen av variabla förnybara energikällor i kraftsystemet, även genom att ersätta behoven för traditionellt fossilbränsledrivna tillfälliga applikationer. För att dra full nytta av en BESS och dess flexibilitet kräver enheten interaktioner i det moderna sammankopplade smarta nätet. Där kontroll och övervakning är av stor vikt för att hantera och optimera tillgångarna inom det smarta nätet. För att underlätta kontroll- och övervakningsaspekterna måste både tillverkare och användare av BESS samarbeta för att förstå de gemensamma behoven och användningarna för att hitta en lämplig mellanväg. Slutligen för att komma överens om ett driftskompatibelt och lättanvänt kommunikationsgränssnitt. Flertalet försök att nå sådana kompromisser har gjorts genom åren, men ytterst få har slagit igenom utanför dess specifika användningsfall. Därmed finns det många redundanta och komplicerade proprietära kommunikationsgränssnitt som kräver tungt integrationsarbete av både tillverkar- och användarsidan. Detta examensarbete, utfört hos Northvolt Systems, ämnar att analysera de befintliga och använda kommunikationsgränssnitten för mobila BESS-applikationer. Analysen utförs av en litteraturgenomgång av typiska mobila BESS-applikationer för att identifiera motsvarande kommunikationsgränssnitt. Bland de identifierade gränssnitten finns IEC 61850-standarden, som visar lämplighet i smarta nätapplikationer, vilket möjliggör interoperabilitet, leverantörsoberoende och standardisering. För att ge en verklig analys av IEC 61850-fördelarna och tillämplighet hos en mobil BESS utfördes en integration av standarden till ett av Northvolts mobila BESS. Resultatet av analys- och integrationsarbetet visar att IEC 61850-standarden möjliggör interoperabilitet, leverantörsoberoende och standardisering, vilket ger stora fördelar för de mobila BESS-användningsfallen. Vidare identifierades brister i standardens lämplighet. Därtill ges tydliga förslag på framtida arbete och utvidgning av standarden för att tillgodose de mobila användningsfallens kravställningar.

District heating is an environmentally friendly heating principle that is widely used in Sweden. A problem that has arisen is that while district heating dominates heating of apartment buildings, the district heating companies have difficulties competing in single-family houses. In Örebro, the 7th largest city in Sweden, this problem causes some worries because of the environmental benefits with district heating compared to electricity-based heating alternatives which are more commonly used. The goal of this study has been to calculate the life cycle costs for district heating in Örebro from the house owner’s perspective and to compare these with the life cycle costs for heating by geothermal heat pumps. The study also examines the potential of a few proposed solutions for improved economy for district heating in areas with single-family houses. The calculations estimate the life cycle costs during 30 years for district heating to 697 kkr and 562 kkr for geothermal heat pumps. High energy costs being the primary reason for the district heating’s expensive outcome. A possible solution to improve the situation for district heating is the development of low temperature distribution.This could decrease the heat losses and thereby make district heating less expensive. Another solution that will make district heating more profitable in the future is district heating powered machines such as washing machines, dryers and dishwashers. The use of these machines replaces electricity consumption with heating consumption. For the use of these machines in houses with conventional district heating a separate pipe is needed which makes them not profitable at the moment. In Västerås, a city comparable to Örebro, low temperature grids are being developed with district heated machines in areas with newly built low energy houses. This solution uses a secondary grid with only one pipe for heating, heating of water and the district heated machines. The life cycle costs for this solution is 653 kkr, much less expensive than the conventional district heating in Örebro. An introduction of a similar solution in Örebro could make district heating in one-family houses more profitable, for both producer and consumer.

Att öka leveranskvaliteten i sina elnät är något som varje nätbolag strävar mot. En metod att göra detta kan vara att utrusta nätstationer i mellanspänningsnätet med feldetektering och fjärrstyrning för snabbare felsökning och sektionering vid fel. I denna studie har dessa möjligheter utretts och även de potentiella vinsterna i kortare avbrottstider mätt i indikatorn SAIDI. Studien har resulterat i ett förslag för fortsatt investering i feldetektering och fjärrstyrning i Umeå Energis elnät. Den metod som använts är att beräkna SAIDI för det värsta felscenariot för varje matande linje som tittats på, både med och utan elnätsautomation. Det förslag som tagits fram har utgått ifrån de enskilda matningarna förutsättningar vad gäller kundantal, antal nätstationer och nättopologi och har sedan jämförts med två standardalternativ, med detektering i samtliga nätstationer samt detektering i mitten av linjen. Resultatet visar att det förslag som lämnats till Umeå Energi har potential att sänka det summerade SAIDI-värdet vid värsta felscenario från 37 minuter till 10 minuter i de matningar som undersökts. Detta till en kostnad av mindre än två miljoner kronor, eller en kostnad per potentiellt minskad SAIDI-minut på ca. 70 000 kr. Studien har tittat på 16 matande linjer med totalt ca. 17 000 kunder.

När rumsligt omvälvande projekt skall genomföras är det ofta konsekvenserna för naturmiljö, kulturmiljö, estetiska miljöaspekter som ger upphov till diskussioner. Uppförandet av telemaster till mobiltelefonsystemet 3G är ett infrastrukturprojekt som kommer att vara visuellt påtagliga på många platser i landskapet. I Sverige uppförs två stycken parallella mastsystem och detta har givit upphov till diskussioner kring projektets påverkan på vår omgivning. Uppsatsen studerar hur miljöpåverkan från ett stort infrastrukturprojekt, uppförandet av telemaster för 3G-systemet, behandlats av länsstyrelsen i samrådsärenden enligt 12 kapitlet 6§ miljöbalken, samt diskuterar kring hur handläggare på länsstyrelsen hanterar och upplever dessa ärenden. Studien visar att handläggare på de undersökta länsstyrelserna har begränsat mandat att minska antalet master genom samlokalisering. Önskemålen om att teleoperatörerna ska dela på själva masten är svåra att genomföra eftersom operatörerna inte har samverkansavtal. Laglig rätt att förplikta samlokalisering fanns inte under den studerade perioden. Det är vanskligt att säga om den sammantagna inverkan som masterna sägs ha kunnat begränsas på denna nivå. Det som identifierats som ett problem av aktörer som Boverket och PTS, d.v.s. antalet master, fastlades redan i ett tidigare skede. Samråden är inriktade på att undvika ur naturmiljösynpunkt olämpliga mastplaceringar. Dock utgör den fastslagna utbyggnaden av nätet och kravet på geografisk täckning att det kan uttryckas som att det för länsstyrelsen är inte en fråga om i fall masterna ska uppföras, utan om var. Lokaliseringen av masterna blir ett samspel mellan var operatörerna föredrar att placera master samt var det är lämpligt ut naturmiljösynpunkt. Den på nationell nivå fastlagda geografiska täckningskravet gör att bedömningen av masters påverkan på vissa landskap, där intrycket i landskapsbilden blir stort, upplevs svår av de intervjuade handläggarna. Bedömning av masters påverkan på just landskapsbilden kan upplevas som subjektiv. Det stora antalet anmälningar om samråd har resulterat i få förelägganden och förbud. MKB har endast använts i ett litet antal fall. Samråden synes mycket inriktade på att hitta alternativa lösningar innan förbud utfärdas. Landskapsbilden är den enskilda motivering till förbud som förekommer flest gånger.

Examensarbetet är en studie i felsökning och optimering av IP-telefonisystem i ett befintligt nät. Här beskrivs hur ett IP-telefoninät bör byggas och konfigureras för optimal prestanda utifrån Ciscos rekommendationer. Det aktuella nätet är IT-Partners nät som drivs av Nortel när det gäller IP-telefonidelen. I dagsläget har de vissa återkommande problem när det gäller IP-telefonin t.ex. att samtalet bryts då och då. Det är nämnt vad problemet kan vara och vilka lösningar som skulle passa nätet. I allmänt brister kunskaperna i IP-telefoni vilket medför att problem kan uppstå med att få ett IP-telefonisystem att fungera som det ska. Vidare berättas varför ett IP-telefonisystem inte optimeras redan från första stadiet.

Utveckling av det moderna samhället och den fortsatt accelererande energiintensiva tillvaro människan lever i sätter stor press på klimatet. För att nå de hållbarhetsmål FN satt upp som bland annat innebär minskade utsläpp och effektivare energianvändning krävs krafttag i det globala energisystemet. För att öka andelen modern och ren energi krävs att sol- och vindkraft prioriteras. Ett stort problem med dessa energikällor är dess intermittenta produktion vilken alstrar oregelbunden elektricitet och ställer nya krav på elnätet. För att underlätta implementering av förnybara energikällor på det nationella elnätet och i mindre energisystem undersöks i den här rapporten de förutsättningar som finns för att integrera batterienergilagringssystem i kombination med intermittenta energikällor. Rådande förutsättningar redogörs för i en omfattande litteraturundersökning där bland annat elnätets funktion, lovande batteriteknologier, ekonomiska incitament för batterienergilagring och framtidspotential undersöks. Ett globalt engagemang för att öka andelen förnybar energi med hjälp av batterienergilagring i det globala energisystemet identifieras. Vidare visas batterienergilagringssystem har stor potential att minimera den belastning intermittenta energikällor har på elnätet. Potentialen begränsas i nuläget av rådande politiska styrmedel och elmarknadens utformning då en småskalig elproducent idag gynnas av att direkt mata ut överskottsel på elnätet istället för att använda energilagring. Med en växande andel intermittent elproduktion förväntas minskade begränsningar och batterienergilagring kopplat till elproduktion bli mer lönsamt. / The development of the modern society and the global continuously accelerating energy intensive way of living is putting stress on the climate. In order to achieve the UNs set of sustainability goals, including reduced emissions and more efficient use of energy, vigorous actions in the global energy system is required. To increase the share of clean and modern energy generation a larger quantity of solar and wind power is required. Due to weather dependency these resources generate intermittent electricity which will put new challenges on the grid.   To facilitate the implementation of intermittent energy sources on the national grid and in smaller energy systems this report aims to investigate current prerequisites on integrating battery energy storage systems and intermittent resources to increase the share of clean energy sources in the power system. Current prerequisites are presented as the result of an extensive literature study where the electrical grid, promising battery technologies, financial incentives for battery energy storage and future potential is examined.   A global commitment to increase the share of renewable energy sources using battery energy storage system in the global energy system is identified. Furthermore, battery energy storage systems are shown to have great potential in limiting the negative impact of intermittent energy sources on the electrical grid. This potential is currently being limited by existing political control means and the design of the electricity market such that small producers are benefitted by directly supplying the grid with excess electricity instead of using energy storage. With a growing share of intermittent power generation these limitations are expected to ease and battery energy storage systems in connection with power production becoming more profitable.​

Den här rapporten utreder förutsättningarna för att konstruera om ett mindre distributionsnät på 10 kV i Stockholms skärgård till ett så kallat smart nät med självläkande funktion. Nätet är avlägset och har haft många fel de senaste åren, därför är det önskvärt att kunna lokalisera fel i nätet och automatiskt koppla om till rundmatning direkt ifrån driftcentralen för att minska avbrottstiden för de boende på öarna. Rapporten fokuserar speciellt på att utreda lämpligheten med att använda feldetekteringsutrustningen SICAM FCM i nätet och hur dessa bör ställas in. Information om det aktuella nätet och problemet beskrivs tillsammans med en teoretisk bakgrund. Resultat ifrån tester och felsimuleringar på SICAM FCM med fokus på känslighet kring tröskelvärden presenteras och analyseras. Utifrån testresultat och information om nätet har rekommenderade inställningar för SICAM FCM tillsammans med andra rekommendationer för implementeringen av det självläkande nätet tagits fram. / This report has investigated the conditions for reconstructing a small 10 kV distribution grid in the Stockholm archipelago into a so called smart grid with a self-healing function. The grid is in a remote location and have had a lot of faults during the last years, therefore it is desirable to be able to locate the fault and automatically section it and restore service through a back-up feeder (if needed) to reduce downtime for customers. This report focuses especially on the suitability to use the fault detection equipment SICAM FCM in the grid and to propose how it should be configured. Information about the grid and problem is described together with a theoretical background. The results from tests and fault simulations on the SICAM FCM focused on sensibility around threshold values is presented and analysed. From test results and information about the grid recommended settings for SICAM FCM together with other recommendations for implementation of the self-healing grid has been produced.

Nu för tiden kablifieras nätet, vilket innebär att allt fler luftledningar ersätts med markkabel, en följd av stormar som åstadkommit stora och långa avbrott i nätet. Egenskaperna i elnätet förändras på grund av kablifieringen och beräkningarna för reläskyddsinställningarna för de riktade jordströmsskyddet som görs idag behöver därför ses över om de fortfarande kan utföras på samma sätt som tidigare. Detta för att säkerställa korrekt och selektiv felbortkoppling i händelse av fel. I föreliggande rapport förklaras i förenklade drag hur resistiva nollföljdsströmmar rör sig i nätet och hur de mäts in av jordfelsskydd. Ett fiktivt 22 kV nät har studerats och jordfel på två olika ledningar i detta nät analyseras och diskuteras. Beräkningar görs med olika storlekar på nollpunktsmotstånd samt olika höga resistiva nollföljdsbidrag från ledningarna vilket ger olika resistiva nollföljdsströmmar i nätet. Detta görs i både normaldrift och i reservdrift för att kunna studera vilka skillnader som faktiskt kan uppkomma. Diskussion sker om vad som hänt om hänsyn tagits till snedavstämning, obalans, vinkelfel och mätfel, vilket beräkningarna i detta arbete inte gör. Slutsatsen som dras av den utförda studien är att det är svårt att ställa in riktade jordströmsskydd samt nollpunktsspänningsskydd för att kunna säkerställa korrekt bortkoppling vid både normal- och reservdrift. Detta på grund av de olika resistiva nollföljdsströmmarna som uppkommer i nätet. / Today more and more overhead lines are replaced by underground cables as a result of storms which have caused major interruptions in the power grid. Because of the cabling, the characteristics of the power grid change and the calculations for the relay protection settings that are made today need to be reviewed if they still can be performed in the same way as before. This to ensure correct and selective fault disconnection. This report, in a simplified way, explains how resistive zero-sequence currents flow in the grid and how they are measured by earth fault protection. A fictitious 22 kV grid has been studied and earth faults on two different cables in the grid are analyzed and discussed. Calculations are made with different sizes of the zero-point resistance resulting in different resistive zero-sequence currents in the grid. This is done both in normal operation and reserve power operation to be able to study differences that can occur. Discussions are made regarding misalignment, imbalance, angle error and measurement error, which have not been included in this work. The conclusion from the study performed is that it is difficult to parameterize a directional earth fault protection and a zero-point voltage protection correctly to be able to secure a correct disconnection in both normal and backup operation. This is because of the various resistive zero-sequence currents that arise in the grid.

I en traditionellt konservativ bransch rör det sig nu snabbt. En snabb ökning av andelen förnybar elproduktion gör att det uppstår en rad nya utmaningar som måste lösas. Den här studien är en undersökning av framtidens distributionsnät och har ett fokus på nätstationerna. Studien visar att en ökad mängd distribuerad generering kan göra att dagens skydd inte fungerar som tänkt. Samtidigt ökar kraven på våra elnät. Detta medför att nya skydd kan behövas. Man ser också att automation ökar vilket minskar avbrottstiderna. Det undersöks också vilka elenergilagringssystem som finns och kan vara aktuellt i distributionsnätet. Studien visar att ett Li-Jon batterilager kan fylla flera olika viktiga funktioner åt olika aktörer, detta öppnar för flera olika inkomstkällor samtidigt som kostnaderna sjunker. Detta gör att det kan bli möjligt att energilager blir en vanligt förekommande komponent i distributionsnätet.

Detta examensarbete har utförts hos Vattenfall Eldistribution på avdelningen Kontroll och Skydd med målsättningen att utforma och utvärdera en nätmodell avsedd för jordslutningssimuleringar i PSCAD. Ombyggnationen från luftledningar till markkablar har medfört att kapacitansen i distributionsnätet ökat, vilket ställer högre krav på jordfelsutrustning och på nätanalyser för att kunna försäkra att en säkerställd frånkoppling kan ske enligt de myndighetskrav som föreligger. Syftet med arbetet har varit att undersöka hur en nätmodell bör utformas för analys av stationära in-svängningsförlopp och utvärdera hur stor noggrannhet som kan förväntas gentemot verkliga jordfelsprov vid felresistanser på främst 3 kΩ och 5 kΩ. Nätmodellen har ut-formats efter ett verkligt impedansjordat mellanspänningsnät med π-länkar i PSCAD och utifrån de nätuppgifter som förekommer i Vattenfalls näthanteringsprogram Netbas. Simuleringsresultaten har jämförts mot resultat från det verkliga nätets jord-felsprover vid olika inställningar på den centrala kompenseringsutrustningen som är placerad mellan den matande transformatorns nollpunkt och jord. Jordslutningssimuleringarna visar, trots antaganden och en viss osäkerhet omkring de verkliga nollföljdskomponenterna, godtyckliga simuleringsresultat vid avstämt och snedavstämt nät motsvarande ± 30 A gentemot ledningarnas kapacitiva strömmar vid en felresistans på 3 kΩ. Jordslutningssimuleringarnas händelseförlopp överensstäm-mer överlag väl mot det verkliga nätet samtidigt som jordslutningar vid 5 kΩ medför en större procentuell avvikelse. Särskilt framträdande avvikelser kunde urskiljas vid analys av fasvinkeln mellan nollföljdsspänning och nollföljdsström. En analys av nätmodellens resultat och troliga orsaker till uppkomna simulerings-avvikelser gentemot det verkliga nätet indikerar på att nätmodellens tillförlitlighet bör kunna optimeras ytterligare om noggrannare hänsyn tas gällande nollföljdsimpedanser, dc-komponenter och de toleranser som förekommer i det verkliga nätets avstäm-ningsutrustning och mätkretsar. / This thesis has been carried out at Vattenfall Eldistribution at the department Control and Protection with the objective to design and evaluate a network model for ground fault simulations in PSCAD. The reconversion from overhead lines to underground cables has led to increased capacitances in the distribution network and this places greater demands on the feeder protection unit and network analyzes in order to assure that faulted feeders are disconnected according to regulatory requirements. The aim of this work has been to determine how a network model could be designed for analysis of stationary signal characteristics and evaluate how great accuracy the power system model have compared to real earth fault test results. Earth fault simulations are performed with fault resistances of 3 kΩ and 5 kΩ. The power system model have been created to emulate a real impedance grounded network according to the π-model in PSCAD based on system information from Vattenfalls network management program Netbas. Results from the simulations have been compared against results obtained from real earth faults from the physical network with different settings on the central compensation equipment placed between the transformers neutral and ground. Simulations show, despite assumptions and some uncertainty about the actual zero sequence components similar results when fault resistance was 3 kΩ, both when compensation coil are fully tuned and out of tune ± 30 A corresponding to the feeder capacitance. The overall signal sequence conform quite well to the real network but at the same time simulations with 5 kΩ obtains greater deviations when results are represented in percentage. Particularly prominent abnormalities could be identified in the phase angle between zero sequence voltage and zero sequence current. An analysis of deviations from the simulations in the digital network model against the real system indicates that the model probably could be further optimized if zero sequence impedances, dc components, and tolerances that occur in the real systems reactive compensation equipment and measuring circuits are taken into account.